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Wie Blitzeinschläge den Ursprung des Lebens erklären könnten – auf der Erde und anderswo
Johannes Plenio/Pexels
Die Suche nach Leben auf anderen Planeten ist wie Kochen. (Halten Sie eine Sekunde mit mir nach.) Sie können alle Zutaten an einem Ort haben – Wasser, ein warmes Klima und eine dichte Atmosphäre, die richtigen Nährstoffe, organisches Material und eine Energiequelle – aber wenn Sie keine Prozesse haben oder Bedingungen, die mit diesen Zutaten tatsächlich etwas anfangen können, haben Sie nur einen Haufen Rohstoffe, die nirgendwo hingehen.
Manchmal braucht das Leben also einen Funken Inspiration – oder vielleicht mehrere Billionen davon. Eine neue Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde deutet darauf hin, dass Blitze eine Schlüsselkomponente bei der Bereitstellung von Phosphor für Organismen zur Nutzung gewesen sein könnten, als das erste Leben auf der Erde vor etwa 3,5 Milliarden Jahren auftauchte. Phosphor ist für die Herstellung von DNA, RNA, ATP (die Energiequelle allen bekannten Lebens) und anderen biologischen Komponenten wie Zellmembranen unerlässlich.
Diese Studie war eigentlich eine glückliche Entdeckung, sagt Benjamin Hess, Forscher an der Yale University und Hauptautor der neuen Veröffentlichung. Es eröffnet neue Möglichkeiten für Leben auf erdähnlichen Planeten zu finden .
Dies ist nicht das erste Mal, dass Blitze als wesentlicher Bestandteil dessen vorgeschlagen wurden, was das Leben auf der Erde möglich gemacht hat. Laborexperimente haben gezeigt, dass durch Blitze erzeugte organische Materialien Vorläuferverbindungen wie Aminosäuren enthalten könnten (die sich zu Proteinen verbinden können).
Diese neue Studie diskutiert die Rolle des Blitzes jedoch auf andere Weise. Eine große Frage, über die Wissenschaftler immer nachgedacht haben, hat damit zu tun, wie das frühe Leben auf der Erde auf Phosphor zugegriffen hat. Obwohl vor Milliarden von Jahren reichlich Wasser und Kohlendioxid zur Verfügung standen, war Phosphor in unlösliche, nicht reaktive Gesteine eingewickelt. Mit anderen Worten, der Phosphor wurde im Grunde für immer weggesperrt.
Wie haben Organismen Zugang zu diesem essentiellen Element bekommen? Die vorherrschende Theorie war, dass Meteoriten Phosphor in Form eines Minerals namens Schreibersit auf die Erde brachten – das sich in Wasser auflösen kann und es für Lebensformen leicht verfügbar macht. Das große Problem bei dieser Idee ist, dass Meteoriteneinschläge exponentiell abnahmen, als das Leben vor über 3,5 bis 4,5 Milliarden Jahren begann. Der Planet brauchte viel phosphorhaltiges Schreibersit, um Leben zu erhalten. Und Meteoriteneinschläge wären auch zerstörerisch genug gewesen, um entstehendes Leben vorzeitig abzutöten (siehe: die Dinosaurier) oder den größten Teil des gelieferten Schreibersit zu verdampfen.
Hess und seine Kollegen glauben, die Lösung gefunden zu haben. Schreibersit kommt auch in Glasmaterialien vor, die Fulgurite genannt werden und entstehen, wenn Licht auf die Erde trifft. Wenn sich Fulgurit bildet, enthält es Phosphor aus terrestrischen Gesteinen. Und es ist wasserlöslich.
Die Autoren der neuen Studie sammelten Fulgurit, das 2016 in Illinois durch auf den Boden auftreffende Blitze entstanden war, zunächst nur, um die Auswirkungen extremer Blitzerhitzung zu untersuchen, wie sie in solchen Proben erhalten sind. Sie fanden heraus, dass die Fulgurit-Probe zu 0,4 % aus Schreibersit bestand.
Von da an war es nur noch eine Frage der Berechnung, wie viel Schreibersit vor Milliarden von Jahren, etwa zu der Zeit, als das erste Leben auf der Erde entstand, durch Blitze hätte produziert werden können. Es gibt eine Fülle von Literatur, in der die alten Werte des atmosphärischen Kohlendioxids geschätzt werden, ein Faktor, der zu Blitzeinschlägen beiträgt. Ausgestattet mit einem Verständnis dafür, wie Kohlendioxidtrends mit Blitzeinschlägen korrelieren, verwendete das Team diese Daten, um zu bestimmen, wie viele Blitze damals vorherrschend gewesen wären.
Hess und Kollegen stellten fest, dass Billionen von Blitzeinschlägen jedes Jahr 110 bis 11.000 Kilogramm Schreibersit produziert haben könnten. Über diesen Zeitraum sollte diese Aktivität genügend Phosphor zur Verfügung gestellt haben, um das Wachstum und die Vermehrung lebender Organismen zu fördern – und viel mehr, als durch Meteoriteneinschläge produziert worden wäre.
Das ist interessant, um die Geschichte der Erde zu verstehen, aber es eröffnet auch eine neue Sichtweise, um über das Leben anderswo nachzudenken. Dies ist ein Mechanismus, der auf Planeten funktionieren könnte, auf denen Meteoriteneinschläge selten geworden sind, sagt Hess. Dieses Lebens-durch-Blitz-Modell ist auf Umgebungen mit seichten Gewässern beschränkt – Blitze müssen Fulgurit in Bereichen produzieren, in denen sie sich richtig auflösen können, um den Phosphor freizusetzen, aber wo sie nicht in einem riesigen Gewässer verloren gehen. Aber diese Grenze muss nicht unbedingt eine schlechte Sache sein. In einer Zeit, in der die Astrobiologie von Ozeanwelten besessen ist, richtet die Studie den Fokus wieder auf Orte wie den Mars, die nicht in globale Gewässer getaucht sind.
Um es klar zu sagen, die Studie legt nicht nahe, dass Meteoriteneinschläge keine Rolle dabei spielen, Phosphor für das Leben zugänglich zu machen. Und Hess betont, dass andere Mechanismen, wie hydrothermale Quellen, einfach die Notwendigkeit von Meteoriten oder Blitzen umgehen könnten.
Und schließlich sah die Erde vor über 3,5 Milliarden Jahren nicht so aus wie heute. Es ist nicht ganz klar, dass genügend Gestein der Luft ausgesetzt war – wo es von Blitzen getroffen werden und zur Produktion von Schreibersit führen könnte – um Phosphor verfügbar zu machen.
Hess wird diese Fragen anderen Wissenschaftlern überlassen, da die Studie außerhalb seiner normalen Arbeit liegt. Aber ich hoffe, dass dies die Aufmerksamkeit der Menschen auf Fulgurite lenken und die Funktionsfähigkeit dieser Mechanismen weiter testen wird, sagt er. Ich hoffe, unsere Forschung wird uns helfen, wenn wir überlegen, ob wir in Flachwasserumgebungen nach Leben suchen sollen, wie wir uns derzeit auf dem Mars befinden.